多层轻钢结构工业厂房的设计与应用分析

多层轻钢结构工业厂房的设计与应用分析

王立娟 ,李啸天

浙江中南绿建科技集团有限公司   浙江省 杭州市 310052

摘要：相较于传统的钢筋混凝土结构厂房，多层轻钢结构厂房在整体的结构方面更为简单。其在施工过程中所需要使用的材料相对较少，且重量更轻，能够有效地满足当前我国社会的工业生产需求。由于其在材料使用方面比较少、建设难度低，周期短，故更易为各方所接受。从环保的角度来看，钢材是一种绿色环保的建筑材料，可以进行循环利用，建设过程中产生的各类建筑垃圾少，因而也有利于促进经济社会的可持续发展。

关键词：多层轻钢结构；工业厂房设计；应用

引言

钢结构建筑因具有独特的承重性、稳定性、安全性、可靠性等受到多层工业厂房建筑设计技术人员的青睐。多层钢结构工业厂房在许多建筑工地中拔地而起，逐步成为当前多层工业厂房建设首选的建筑形式。与传统的混凝土厂房建筑设计不同，多层钢结构工业厂房在建筑设计上，大多使用了轻钢材作为主要建筑施工材料，这种材料能够很好地改善传统建筑材料的重量大、抗拉性能不足等劣势。多层钢结构工业厂房建筑所采用的轻钢材质能够充分发挥结构优点，大幅减轻建筑的总体重量，从而有效地减轻厂房负担。施工过程中，围护层施工用材大多以夹芯金属板为主，这种材质能够简化操作过程，节省建筑施工过程的作业时间，并能有效提高我国多层钢结构工业厂房建设的总体水平和厂房施工质量。

1多层钢结构厂房特征

与单层钢结构相比，多层钢结构具有更明显的优势。钢结构多层工厂在堆积原材料的同时，还可以满足生产设备的布置要求，甚至在很大程度上满足生产功能的要求。多层钢结构建筑的活荷载在2.5kN/㎡到20kN/㎡之间，与单层钢结构相比有明显提高。多层钢结构厂房不仅存在悬挂荷载要求，也存在集中荷载要求，荷载情况复杂程度较大。集中载荷主要基于振动载荷和满载荷下产生的；悬挂载荷主要基于工艺管道和运输设备。多层钢结构底部具有平面稳定性，结构平面上具有一定的对称性和规律性。根据生产工艺的要求，多层钢结构建筑中经常存在分层、开合和密封等一系列现象。因此，结构在一定程度上缺乏完整性，一旦发生地震，很容易逆转。此外，分层可能形成短柱的群体效应。与单层钢结构相比，在生产工艺上，多层钢厂的要求比较独特，一般层高在4m-8m范围内，高度较高。此外，钢结构厂往往有相对较大的内部空间，因此柱网比较大，通常在6-18m范围内。

2多层轻钢结构厂房的结构体系

多层轻钢结构厂房在实际的设计和建设过程中，可以根据使用需求进行纯框架结构、框架支撑结构的选择，通过合理地选择相应的结构布置，从而进一步降低厂房建设的钢材使用量，节约建设成本。在部分工业厂房之中，由于相关生产活动需要进行较为紧密的机械设备摆放以及管线布置等，这一过程中如果厂房内部存在较多的支撑，则会对实际的设备摆放和管线布置等形成直接的影响。在这种情况下，相关厂房在建设阶段往往会选择纯框架结构，从而为相关的布置提供充足的空间，在这种结构之下，厂房的结构通常以箱型柱、H型柱和工字型梁组成。整体而言，纯框架结构在建设过程中其平面的布置方法更为灵活，可以为相关工厂的生产活动提供更为开阔的内部空间，且结构各部分的刚度也具有较强的均匀性和抗震能力。也正是由于纯框架结构的轻钢结构厂房所具有的这些优势，目前选择这种结构厂房的企业也越来越多。框架支撑结构则具有显著的节省材料、形式简单和侧移刚度大等特点。在具体的建造设计之中，框架支撑结构主要依靠工字型梁柱组成，支撑可以采用X型和人字形等支撑。在这种结构之下，屋面结构体系可以选取柔性拉杆支撑结构，柱间则可以通过采取刚性钢管或H型钢作为支撑的方式进行建设。

3多层轻钢结构厂房的设计与施工策略

3.1把握结构计算环节

设计多层钢结构厂房时，计算方法的选择应考虑结构形式的差异和结构布局的综合因素，得出相应的计算参数。从经济和安全的角度来看，对于原始负载数据，必须确保数据的准确性，以便达到准确的设计结果。因此，在进行正式结构计算之前，应与客户充分沟通，避免分歧，避免结构体系引起争议，并保证一定质量的设计结果。此外，在具体结构计算中，应积极采用更先进的方法。如果结构更复杂，则可以使用多种计算软件进行复核，从而使设计结果更加真实和准确。

3.2强化钢结构厂房的抗震设计

要强化轻钢结构厂房的抗震能力，相关人员在设计过程中可以采取以下几种方案：①钢结构场地选择。要提升钢结构厂房的抗震能力，相关人员可以首先从地面因素进行考虑，如通过选取土地较为坚实的地区进行厂房的建设，地面坚实程度较高，其稳定性也会比较良好，因而可以在一定程度上提升厂房的抗震能力。同时在土地选择和厂房建设的阶段，也需要尽可能减少共振现象。此外，如果建设区域的土质较为软弱，在建设过程中可以通过采取砂桩强化和更换土壤的方式来提升地面的承载能力，减弱地震发生对厂房的影响。②进行恰当的结构设计。在钢结构厂房设计之中，常见的结构包括框架结构、框架中心支撑结构、框架偏心支撑结构等。其中框架结构的整体刚性较强，在这种结构之下厂房将取得较为良好的抗震效果。而框架支撑结构由于其各个结构的连接较为合理，在抗震能力方面也较为突出，例如框架中心支撑结构较强的抗侧力效果能够保证其在地震之中的完整性。③防震缝设计。为了促进相关厂房在抗震能力方面的提升，进行合理的防震缝设计也是相关工作之中可以采取的方案之一。这种方式是将房屋划分为多个简单的独立部分，并在各个部分之间设置相应的缝隙，避免其在晃动的过程中，各个部分发生相互碰撞，确保各个部分完整性的设计方案。在设计过程中，相关人员可以根据当前的工业厂房进行合理地设置。

3.3横向和纵向设计的把关

在进行多层钢结构工业建筑的结构设计之前，应提前进行横向和纵向分析。在横向设计过程中，应重点分析多层钢结构工业厂房的运行功能，使多层钢结构工业厂房能够适应企业生产多样性的变化。多层钢结构工业厂房结构纵向设计主要要求设计人员从安全性和稳定性方面控制设计过程的重点。此外，在设计多层钢结构工业建筑的组件和构件时，除了抗震性能和相应的结构要求外，还应考虑构件的影响，根据是在工厂还是在现场生产，采用不同的设计方法，以确保部件和组件的设计工作正常。

3.4强化对厂房屋面的保护措施

在进行多层轻钢结构厂房的实际施工过程中，相关的屋面可能出现较为显著的漏水和漏雨等问题，影响到厂房内部的生产活动开展。针对这一情况，相关人员在进行设计的过程中，需要切实做好防水设计。在以往的设计之中，常用的方法主要是确保轻钢厂房屋面具有一定的坡度，从而防止屋面出现积水问题。在明确相关厂房的屋面坡度之后，屋面檩条高度应当设计为最高高度，避免屋面不均匀出现下挠问题。同时相关人员在设计和建设过程中，也应当强化对厂房结构细节的处理工作。以实际情况为例，如果相关人员在设计和建筑阶段对于防渗工艺的应用不正确，则将导致厂房在投入使用的阶段出现较大的渗漏风险。

结束语

综上所述，钢结构设计应特别重视抗震设计，积极借鉴优秀设计实例，提高建筑抗震性能。如果房间结构更复杂，可以通过各种计算软件进行相应的考虑，以确保设计结果更真实、更准确。对于设计师来说，必须有效地提高管理设计方面能力，找到满足相关标准的最佳平衡，使各方都能接受。对于钢结构厂房设计，在初步设计过程中要树立可靠的设计理念，充分发挥钢结构的优势，特别要有效地提出设计控制点。

参考文献

[1]谢兴华.多层钢结构工业厂房结构设计研究[J].低碳世界,2018

[2]刘英.多层钢结构工业厂房结构设计[J].工程技术研究,2018

[3]王敬奎.多层钢结构工业厂房设计分析与探讨[J].工程建设与设计,2018